A veces, hacer un nuevo tipo de caja requiere pensar fuera de la caja, que es exactamente lo que los químicos espartanos usaron para crear un cubo magnético de ocho átomos.

Esa pequeña caja está en el corazón de una nueva molécula magnética que podría impulsar futuras tecnologías para el almacenamiento de datos, la computación cuántica y más.

"Al principio, nuestro enfoque parecía una idea realmente descabellada", dijo Selvan Demir, profesor asistente de química en la Facultad de Ciencias Naturales. "Pero resulta que funciona".

Demir y su equipo publicaron su trabajo en la revista Chem , que presentó la investigación en la portada de su edición del 10 de marzo.

Parte de lo que hizo que la idea de los investigadores fuera tan descabellada fue su elección de trabajar con ingredientes iniciales que son notoriamente quisquillosos en la comunidad química.

Un ingrediente es un grupo de elementos denominados lantánidos, que ocupan una fila especial hacia la parte inferior de la tabla periódica de elementos. El otro es el elemento metálico bismuto, que normalmente no recibe demasiada atención (aunque algunos pueden reconocerlo por su papel en los antiácidos de color rosa brillante como Pepto Bismol).

"Si me hubieras preguntado cuando comencé en la MSU, '¿harás química con bismuto?', probablemente habría dicho:'No. ¿Por qué haría eso?'”, dijo Demir. “La química del bismuto generalmente se considera aburrida. Pero resulta que el bismuto se combina con otros elementos de formas sorprendentemente ricas".

Al encontrar una forma de combinar el bismuto con un elemento lantánido, en particular terbio o disprosio, crearon una molécula con características magnéticas permanentes. Es el mismo magnetismo que se encuentra en los imanes de barra y en las unidades de disco duro, pero a una escala mucho menor.

La pequeña escala de los imanes moleculares ofrece oportunidades tecnológicas, como mejorar la capacidad de almacenamiento de los discos duros magnéticos. También hay aplicaciones emergentes en las que los imanes convencionales simplemente pueden ser demasiado grandes para contribuir, como en los procesadores para computadoras cuánticas.

El primer imán de una sola molécula se descubrió hace unos 30 años y, desde entonces, los investigadores han estado buscando nuevas variedades con diferentes atributos físicos y químicos. También han estado trabajando para desarrollar enfoques químicos más creativos para hacer los imanes. Aquí destaca el trabajo del grupo Demir.

Ze-Yu Ruan y Ming-Liang Tong, químicos de la Universidad Sun Yat-Sen en China que no participaron en la investigación, describieron el proyecto como "sin precedentes" e "impresionante" en un artículo preliminar para la revista Chem .

"Esto fue probablemente lo más difícil que he hecho con mi equipo", dijo Demir.

"El resultado fue inesperado al principio, pero después de descubrirlo, optimizamos la síntesis para apuntar al compuesto para el análisis. Probablemente tuvimos que ejecutar 100 reacciones para encontrar las mejores condiciones para hacerlo".

Sin embargo, la molécula en sí parece simple, lo que desmiente la complejidad del proceso requerido para fabricarla. La parte superior e inferior de la molécula están cubiertas con anillos de átomos de carbono e hidrógeno. Cada anillo está unido a un lantánido que forma un cubo con los átomos de bismuto.

"Los metales lantánidos están sentados en un trono que se parece a la estructura de 'silla' del ciclohexano, un motivo estructural especial familiar en la química orgánica", dijo Demir. "Es muy estable".

Esa estabilidad es útil aquí porque a la naturaleza generalmente no le gusta hacer cubos.

A pesar de la complejidad del proceso, la sensibilidad de los ingredientes involucrados y los desafíos de su caracterización estructural y física, los científicos de Spartan lograron descubrir un nuevo tipo de imán de una sola molécula.

"Somos los primeros en todo el mundo en hacer esto. Creo que es genial", dijo Demir. "No todos los días puedes encontrar un nuevo camino hacia algo. Pero es el desafío de trabajar en este tipo de área inexplorada y de alto riesgo lo que nos hace volver al laboratorio todos los días". + Explora más

Uso de enlaces lantánido-lantánido para crear imanes permanentes más potentes